拖延到影響NASA重返月球的“獵戶座”飛船，你到底要怎麼飛？

　　作者說

　　2019年3月，NASA局長吉姆·布里登斯廷在美國參議院聽證會上正式證實了之前已經被懷疑了無數次的猜想，NASA正在研究用商業火箭替代SLS執行獵戶座飛船的首次繞月飛行（EM-1）。如果當真不使用SLS發射，勢必會進一步加劇SLS的研發到底有沒有必要的質疑，畢竟很多人認爲這是NASA設施所在州的參議員爲了維持工作崗位而強行上馬的項目，戲稱SLS是參議院發射系統（Senate Launch System）的簡寫。不過拋開政治不談從技術和成本的角度上講， EM-1是怎麼淪落到今天這一步，如果不使用SLS獵戶座飛船又有什麼其他方法發射呢？

　　特約作者：Saturn V

　　獵戶座EM-1任務官方演示視頻，全面瞭解本文所講任務，NASA中文翻譯

　　連圖中SLS Block1B關鍵的EUS（Exploration Upper Stage）研發都已經被大幅度推遲

　　要說到EM-1和SLS的故事就不得不從NASA近未來太空探索重返月球的重點項目深空門戶（以下簡稱LOP-G）說起。打眼一看LOP-G頗有環月國際空間站的味道，各個國家出資建造後再在月球軌道組裝，但正如國際空間站需要飛船往來纔能有用一樣，負責往來LOP-G的深空飛船便是獵戶座。

　　LOP-G環月空間站現階段構想圖，右側爲獵戶座飛船，左邊可以看到負責各艙段的國家和機構

　　原計劃中獵戶座飛船唯一的發射火箭便是SLS，而空間站的建造將在2020-2026年之間完成，任務跨度EM-1到EM-6，屆時還需要商業公司的火箭進行物資補給，但人員往來的方式只有獵戶座飛船。

　　然而作爲LOP-G支柱的SLS卻一再遭遇嚴重的研發進度拖後和經費超支，根據NASA督察長在18年10月公佈的對SLS的項目調查報告，SLS的研發現狀遠比預想的要糟糕許多。調查報告判定根據現有進度，哪怕NASA再投入8億美金的研發費用，都無法在2020年6月之前進行EM-1的發射。換句話說如果後續測試遇到問題再有延遲，SLS甚至都沒法在2020年起飛。

　　報告封面（想來NASA也是有趣，這種自曝短處的報告就這麼放到網上公開下載，主頁君注）

　　可以看到波音都還沒有完成SLS的整體整合測試（Green Run Test）

　　那能否接着往後按照SLS的研發推遲EM-1的發射呢？可以，但從整體時間線上來看NASA可能不會接受。從EM-1的任務概述便能看出，其核心在於測試獵戶座飛船和歐空局製造的獵戶座服務艙的深空能力，只有獵戶座通過了測試LOP-G才能開始建造，不然無法往來的空間站不過是空中閣樓。

　　換言之任何EM-1的推遲都會導致整個LOP-G的建造進一步推遲，其他國家也不得不推遲自己負責的模組建造進而引發一系列問題，這是計劃2024-2026進行載人登月的NASA絕對不能接受的。既然SLS大概率無法趕上2020的期限，那就只能用現役的火箭代替完成獵戶座飛船的繞月測試了吧，比如：

　　呃……事情比想象的要“略微”複雜一些。。。。。。

　　NASA局長對EM-1替代發射計劃的現場說明，生肉無字幕，但聽力要求不高

　　從NASA官網的火箭性能數據圖可以看出，若要離開地球引力C3=0，哪怕現役最強的重型獵鷹火箭（下文簡稱FH）最多也只能送大約15噸（圖中藍線），但獵戶座飛船和服務艙總重有足足25噸。不過FH的深空運力偏低很大程度上是因爲第二級梅林-1真空版引擎使用的煤油燃料比衝低，既然如此只能利用FH近地軌道充足的運力，把SLS的氫氧第二級連同獵戶座飛船一起通過FH發射進入近地軌道，來彌補FH第二級比衝低的弱點提升深空運力。按照這個理念“魔改“的FH會是這樣的：

　　獵戶座全飛船和第二級總重56噸，按照上圖所示FH完全不回收可發射63噸載荷進入近地軌道。SLS的第二級現階段是直接使用的德爾塔IV型火箭的氫氧第二級DCSS，而現階段SpaceX直徑5.2米的整流罩意味着火箭能支持DCSS的5米直徑，理論上載荷重量和載荷直徑都可行。但在實際操作上FH卻有很大的兼容問題，首當其中的便是載荷長度。SpaceX的整流罩長13.1米，但DCSS和獵戶座飛船服務艙加起來至少長17米，搭配上整流罩會更長，額外的長度會對發射時的氣動產生嚴重的影響，還意味着SpaceX現有的FH移動發射立起裝置也要重新設計，一系列對改造的測試同樣需要時間，並不一定能趕在2020之前完成。

　　至少立起裝置頂端的機械臂需要重新設計

　　本文作者現場觀看載人龍飛船DM-1發射的實拍視頻

　　既然DCSS和獵戶座飛船無法一起發射，剩下的唯一選項便是分開發射後在軌對接。考慮到不管是DCSS還是獵戶座飛船整體重量都在20噸以上，美國現在只有FH和重型德爾塔IV型（以下簡稱D4H）能完成發射。由於卡角只有一個FH發射臺LC-39A和一個D4H發射臺LC-37B，考慮到發射臺發射後整理準備的時間間隔，若想減少在近地軌道停留時間兩次發射不能交由一個火箭完成。但問題到這裏依然沒有結束，除去對接裝置的研發問題外，FH和D4H各發射哪部分同樣需要抉擇。

　　2014年12月5日獵戶座飛船的軌道飛行試驗（EFT-1）便是D4H發射的

　　從減少對火箭改造的角度上講，D4H發射獵戶座飛船FH發射DCSS最合適，畢竟獵戶座的首飛便是D4H，火箭和飛船的適配器都是現成的。但由於SpaceX並沒有使用液氫未來也不會使用，LC-39A發射臺已經移除了液氫加註裝置，FH若發射DCSS需要再改造發射臺。可是LC-39A是SpaceX載人龍飛船的唯一發射臺，若不能使用勢必會推遲DM-2和後續的載人發射，對國際空間站的人員輸送產生影響。若反過來FH發射獵戶座飛船D4H發射DCSS，那兩者都需要新的適配器，FH還需要針對獵戶座飛船的外形進行新的氣動測試。已經因爲載人發射和FH商業發射而忙得不可開交的SpaceX能否有人手在2020年內完成測試，是個大問號。

　　各種EM-1的商業發射替代組合，你會發現，只有兩發FH是可行的，但是最終也被NASA否定了

　　假設不考慮近地軌道滯留時間把兩次發射全部交給D4H呢？雖然理論上這是需要火箭改造最少的方案，但實際上由於德爾塔系列火箭已經處在半退役狀態，能用的芯級尤其是RS-68引擎數量已不多。事實上預計在2019年7月25日發射的德爾塔IV火箭M型是德爾塔系列最後一次非重型發射，而後只剩下D4H的5次發射。由於一次D4H發射需要3個芯級且根本沒有回收一說，ULA在2020年已經計劃兩次美國國家偵查局的D4H發射，能否再趕製出6個芯級供獵戶座飛船和DCSS使用同樣是個大問號。

　　德爾塔系列火箭只剩下這6次發射了

　　可以說各種時間上的巧合讓SLS的研發推遲顯得尤爲糟糕，更爲關鍵的是2019年已經過去了三分之一，不管最終如何發射DM-1，NASA都必須要在近期內作出決定以便承包商和私人企業有足夠時間應對，不然就要面對大概率可能發生的在2021年才能進行獵戶座飛船無人繞月測試，已經LOP-G大幅度推遲這個事實。估計NASA在2010年取消星座計劃轉而研發SLS的時候，根本沒想到只是從一個被火焰吞沒的大樓跳到另一個火焰小些的大樓吧。。。。。。